第4章 ARM指令集系統(tǒng)ARM微處理器的指令集可以分為數(shù)據(jù)處理指令、分支指令、加載/存儲指令、批量加載/存儲指令、交換指令、程序狀態(tài)寄存器(PSR)處理指令、協(xié)處理器指令和異常產(chǎn)生指令八大類。本章將分類介紹ARM指令語法格式、指令編碼格式和ARM指令的詳細(xì)功能。內(nèi)容提要4．1數(shù)據(jù)處理指令4．2ARM分支指令4．3加載/存儲指令4．4批量加載/存儲指令4．5交換指令4．6程序狀態(tài)寄存器PSR訪問指令4．7協(xié)處理器操作指令4．8異常產(chǎn)生指令4.1.1基本數(shù)據(jù)處理指令A(yù)RM基本的數(shù)據(jù)處理指可以分為4類：數(shù)據(jù)傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令和比較指令。ARM基本的數(shù)據(jù)處理指令匯編指令語法格式：<opcode>{<cond>}{S}<Rd>,<Rn>,<operand2>4．1數(shù)據(jù)處理指令1.數(shù)據(jù)傳送指令MOV指令MOV指令的匯編語法格式為MOV{cond}{S}Rd,operand2 將第二操作數(shù)operand2表示的數(shù)據(jù)傳送到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果或移位情況更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位（N、Z和C）。1.數(shù)據(jù)傳送指令指令中包含S時(shí)：如果指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>為R15，則當(dāng)前處理器模式對應(yīng)的SPSR的值被復(fù)制到CPSR中；如果指令中的目標(biāo)寄存器<Rd>不為R15，指令根據(jù)傳送的數(shù)值設(shè)置CPSR中的N位和Z位，并根據(jù)移位器的進(jìn)位值設(shè)置CPSR的C位。1.數(shù)據(jù)傳送指令MOV指令例4-1：MOVR1,#0x80MOVPC,LRMOVSR1,R2,LSL#0x02MVN指令MVN指令的匯編語法格式為MVN{cond}{S}Rd,operand2將第二操作數(shù)operand2表示的數(shù)據(jù)按位取反后傳送到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果或移位情況更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。MVN指令例4-2MVNR1，#0xFF00MVNSR1，R1，LSL#0x022．算術(shù)運(yùn)算指令（1）ADD加法指令A(yù)DD加法指令的匯編語法格式為ADD{cond}{S}Rd,Rn,operand2 ADD指令將operand2表示的數(shù)據(jù)與寄存器Rn中的值相加，并把結(jié)果傳送到目標(biāo)寄存器<Rd>中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。2．算術(shù)運(yùn)算指令（1）ADD加法指令例：4-3ADDR0，R1，R2ADDSR0，R1，#251ADDR0，R2，R2，LSL#1

（2）ADC帶C標(biāo)志位的加法指令A(yù)DC{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：ADC帶C標(biāo)志位的加法指令將operand2表示的數(shù)據(jù)與寄存器Rn中的值相加，再加上CPSR中的C條件標(biāo)志位的值，并把結(jié)果傳送到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。該指令可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)高于32位的數(shù)據(jù)相加運(yùn)算。（2）ADC帶C標(biāo)志位的加法指令例：實(shí)現(xiàn)64位數(shù)據(jù)加法運(yùn)算ADDSR0，R0，R2ADCR1，R1，R3（3）SUB減法指令SUB{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：SUB指令從寄存器Rn中減去operand2表示的數(shù)值，并把結(jié)果傳送到目標(biāo)寄存器<Rd>中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。注意事項(xiàng)：當(dāng)指令包含后綴“S”時(shí)，如果減法運(yùn)算有借位，則C=0，否則C=1。（4）SBC帶C標(biāo)志位的減法指令SBC{cond}{S}Rd,Rn,operand2SBC指令從寄存器<Rn>中減去operand2表示的數(shù)值，再減去寄存器CPSR中C條件標(biāo)志位的反碼，并把結(jié)果傳送到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。該指令可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)高于32位的數(shù)據(jù)相減運(yùn)算。（4）SBC帶C標(biāo)志位的減法指令例4-6實(shí)現(xiàn)64位操作數(shù)減法運(yùn)算，其中R1：R0中放置被減數(shù)，R3：R2中放置減數(shù)，結(jié)果送回到R1：R0中。(驗(yàn)證)（5）RSB逆向減法指令RSB{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：RSB指令從第2操作數(shù)operand2表示的數(shù)值中減去寄存器Rn

值，并把結(jié)果傳送到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。（6）RSC帶C標(biāo)志位的逆向減法指令RSC{cond}{S}Rd，Rn,operand2功能：RSC指令從operand2表示的數(shù)值中減去寄存器Rn

值，再減去寄存器CPSR中C條件標(biāo)志位的反碼，并把結(jié)果傳送到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。例：求一個(gè)64位數(shù)的相反數(shù)(驗(yàn)證)3．邏輯運(yùn)算指令（1）AND與邏輯運(yùn)算指令A(yù)ND{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：AND指令將operand2表示的數(shù)值與寄存器Rn

的值按位做邏輯與操作，并把結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。ANDR0，R0，#0xFF（2）ORR或邏輯運(yùn)算指令ORR{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：ORR指令將operand2表示的數(shù)值與寄存器Rn的值按位做邏輯或操作，并把結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。ORRR0，R0，#0xFF

（3）EOR異或邏輯運(yùn)算指令EOR{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：EOR指令將operand2表示的數(shù)值與寄存器Rn的值按位做邏輯異或操作，并把結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。EOR指令可用于將寄存器中某些位的值取反。EORR0，R0，#0xFF

（4）BIC位清除邏輯運(yùn)算指令BIC{cond}{S}Rd,Rn,operand2功能：BIC指令將寄存器Rn的值與operand2表示的數(shù)值的反碼按位做邏輯與操作，并把結(jié)果保存到目標(biāo)寄存器Rd中

BICR0，R0，#0xFF0000004．比較指令比較指令沒有目標(biāo)寄存器，只用作更新條件標(biāo)志位，不保存運(yùn)算結(jié)果，指令后綴無需加“S”。在程序設(shè)計(jì)中，根據(jù)操作的結(jié)果更新CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位，后面的指令就可以根據(jù)CPSR中相應(yīng)的條件標(biāo)志位來判斷是否執(zhí)行。（1）CMP相減比較指令CMP{cond}Rn,operand2功能：CMP指令將寄存器Rn的值減去operand2表示的數(shù)值，根據(jù)操作結(jié)果和寄存器移位情況更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。（2）CMN負(fù)數(shù)比較指令CMN{cond}Rn,operand2功能：CMN指令將寄存器Rn的值加上operand2表示的數(shù)值，根據(jù)操作結(jié)果和寄存器移位情況更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。CMN相當(dāng)于不保存操作結(jié)果的ADDS指令。（3）TST位測試指令TST{cond}Rn,operand2功能：CMN指令將寄存器Rn的值與operand2表示的數(shù)值按位作邏輯“與”操作，根據(jù)操作結(jié)果和寄存器移位情況更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。4）TEQ相等測試指令TEQ{cond}Rn,operand2功能：TEQ指令將寄存器Rn的值與operand2表示的數(shù)值按位作邏輯“異或”操作，根據(jù)操作結(jié)果和寄存器移位情況更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。可以利用CPSR中的Z位、N位判斷兩個(gè)操作數(shù)或它們的符號是否相等。4.1.2乘法指令A(yù)RM乘法指令完成2個(gè)寄存器中數(shù)據(jù)的乘法，按照保存結(jié)果的數(shù)據(jù)長度可以分為兩類：一類為32位的乘法指令，即乘法操作的結(jié)果為32位；另一類為64位的乘法指令，即乘法操作的結(jié)果為64位。

1．32位乘法指令（1）MULMUL{cond}{S}Rd,Rm,RsMUL指令實(shí)現(xiàn)兩個(gè)32位的數(shù)（可以為無符號數(shù)，也可為有符號數(shù)）的乘積（Rm*Rs

）并將結(jié)果存放到一個(gè)32位的寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位(N,Z)；Rd和Rm不能為同一個(gè)寄存器。例：MULSR3,R2,R1

（2）MLAMLA{cond}{S}Rd,Rm,Rs,Rn

MLA指令實(shí)現(xiàn)兩個(gè)32位的數(shù)（可以為無符號數(shù)，也可為有符號數(shù)）的乘積，再將乘積（Rm*Rs

）加上第3個(gè)操作數(shù)Rn，并將結(jié)果存放到一個(gè)32位的寄存器Rd中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。

例：MLASR0，R1，R2，R32．64位乘法指令（1）UMULLUMULL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,Rs

UMULL指令實(shí)現(xiàn)兩個(gè)32位無符號數(shù)的乘積，乘積結(jié)果的高32位存放到一個(gè)32位的寄存器RdHi中，乘積結(jié)果的低32位存放到另一個(gè)32位的寄存器RdLo中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。例：UMULLR0，R1，R2，R3（2）UMLALUMLAL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,Rs

UMLAL指令將兩個(gè)32位無符號數(shù)的64位乘積結(jié)果與由（RdHi：RdLo）表示的64位無符號數(shù)相加，結(jié)果的高32位存放到寄存器RdHi中，結(jié)果的低32位存放到寄存器RdLo中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。例：UMLALR0，R1，R2，R3（3）SMULLSMULL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,Rs

SMULL指令實(shí)現(xiàn)兩個(gè)32位有符號數(shù)的乘積，乘積結(jié)果的高32位存放到一個(gè)32位的寄存器的RdHi，乘積結(jié)果的低32位存放到另一個(gè)32位的寄存器的RdLo；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。例4-21寫出執(zhí)行完下面的程序段后，[R3：R2]、[R5：R4]所存放的64位乘法結(jié)果分別為多少？(驗(yàn)證)

MVNR0,#0x0 MOVR1,#0x1 UMULLR2,R3,R1,R0 SMULLR4,R5,R1,R0；（4）SMLALSMLAL{cond}{S}RdLo,RdHi,Rm,Rs

SMLAL指令將兩個(gè)32位有符號數(shù)的64位乘積結(jié)果與由（RdHi：RdLo）表示的64位無符號數(shù)相加，加法結(jié)果的高32位存放到寄存器RdHi中，乘積結(jié)果的低32位存放到寄存器RdLo中；如果指令包含后綴“S”，則根據(jù)操作結(jié)果更新CPSR中的相應(yīng)條件標(biāo)志位。雜類數(shù)據(jù)處理指令前導(dǎo)零計(jì)數(shù)指令：CLZCLZ<cond><Rd>,<Rm>從ARMV5版本指令系統(tǒng)開始支持該指令，計(jì)算32位寄存器操作數(shù)從第31位開始連續(xù)“0”位的個(gè)數(shù)，主要用于計(jì)算操作數(shù)規(guī)范化。例：

MOVR4,#0xAA CLZ R2,R44.2ARM分支指令分支指令用于實(shí)現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)，在ARM程序中有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)程序流程的跳轉(zhuǎn)：使用專門的分支指令。直接向程序計(jì)數(shù)器PC寫入跳轉(zhuǎn)地址值。ARM分支指令可以實(shí)現(xiàn)從當(dāng)前指令向前或向后的32M的地址空間跳轉(zhuǎn)。通過向程序計(jì)數(shù)器PC寫入跳轉(zhuǎn)地址值，可以實(shí)現(xiàn)在4GB的地址空間中的任意跳轉(zhuǎn)，在跳轉(zhuǎn)之前結(jié)合使用MOV

LR，PC等類似指令，能夠保存程序的返回地址值，從而實(shí)現(xiàn)在4GB連續(xù)地址空間的子程序調(diào)用。分支指令B分支指令B可以實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到指定的地址執(zhí)行程序。指令的匯編語法格式如下：B{<cond>}<target_address>

在指令的匯編語法中target_address這個(gè)目標(biāo)地址的計(jì)算方法是：將指令中的24位帶符號的補(bǔ)碼立即數(shù)擴(kuò)展為32位；將此32位數(shù)左移兩位將得到的值寫入到程序計(jì)數(shù)器PC中，即跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址。能夠?qū)崿F(xiàn)跳轉(zhuǎn)的范圍為-32MB~+32MB。例： B Label;目標(biāo)地址由程序標(biāo)號給出 CMPR1,#0 BEQstop帶鏈接的分支指令BL 帶鏈接的分支指令BL可以實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)到指定的地址執(zhí)行程序，同時(shí)BL指令還將程序計(jì)數(shù)器PC的值(下一條指令地址)保存到LR寄存器中。指令的匯編語法格式如下：BL{<cond>}<target_address>如何從子程序中返回？L決定是否保存返回地址。當(dāng)有L時(shí)，指令將下一條指令地址保存到LR寄存器中；當(dāng)無L時(shí)同B指令僅執(zhí)行跳轉(zhuǎn)，當(dāng)前PC寄存器的值將不會保存到LR寄存器中。從指令的編碼可以看出，B與BL指令的唯一區(qū)別是bit[24]，當(dāng)bit[24]=0是B指令，當(dāng)bit[24]=1是BL指令。BL跳轉(zhuǎn)指令編碼中signed_immed_24的含義同B指令。帶狀態(tài)切換的跳轉(zhuǎn)指令BXBX指令跳轉(zhuǎn)到指令中所指定的目標(biāo)地址，目標(biāo)地址處的指令既可以是ARM指令，也可以是Thumb指令。指令的匯編語法格式如下：

BX{<cond>}<Rm>BX指令